第4章
分布式架构Nginx
Nginx是一个高性能的HTTP和反向代理Web服务器。Nginx可以作为一个HTTP服务器进行网站的发布处理，也可以作为反向代理进行负载均衡的实现，由于其占用内存少，并发能力强，所以可以广泛应用在互联网中。
本章重点内容如下：
- Nginx工作原理
- Nginx源码编译安装
- Nginx配置
- Nginx代理&负载均衡
- Nginx缓存
- Nginx限流
- Nginx屏蔽
- Nginx优化
- Nginx高可用
4.1 Nginx工作原理
Nginx进程模型，如图4-1所示。
图4-1 Nginx进程模型
注意
Nginx默认采用多进程工作方式，其中Master负责对进程进行监护，管理Worker进程以实现重启服务、平滑升级、更换日志文件、配置文件实时生效等功能，而Worker用来处理基本的网络事件。
Nginx启动后，会生成一个Master进程和多个Worker进程。
Master进程工作原理：Master主进程充当整个进程组与用户的交互接口，同时管理Worker子线程，包括接收信号并将信号发送给Worker进程；监听Worker进程工作状态；当Worker进程非正常退出时，启动新的Worker进程。多个Worker进程之间是平等的，共同竞争来自客户端的请求，各进程之间相互独立，一个请求被一个Worker进程处理。
当Master进程收到重新加载的信号，如（./nginx -s reload），Master会重新加载配置文件，然后启动新的Worker进程来接收请求，并通知老的Worker进程。老的Worker进程处理完手中正在处理的请求就会退出。
Worker进程工作原理：Master会根据配置文件生成一个监听相应端口的Socket，然后复制多个Worker子进程，每个Worker子进程都可以监听Socket的消息。当一个连接过来时，每一个Worker都能收到通知，但是只有一个Worker能与这个连接建立关系，其他的Worker都会连接失败，而Nginx会提供一个互斥锁（accept_mutex），当连接过来时，只有一个Worker去接收这个连接。当一个Worker进程接收到accept连接之后，就开始读取、解析并处理请求，产生数据后，再返回给客户端，最后才断开连接。
那么互斥锁（accept_mutex）如何控制Worker进程接收并处理请求呢？
只有获得了accept_mutex的进程才会去添加accept事件。Nginx使用变量ngx_accept_disabled来控制是否去竞争accept_mutex锁（ngx_accept_disabled = Nginx单进程的所有连接总数/8 -空闲连接数量），当ngx_accept_disabled大于0时，不会去尝试获取accept_mutex锁，ngx_accept_disable越大，让出的机会就越多，这样其他进程获取锁的机会也就越大。不添加accept，每个Worker进程的连接数就控制下来了，其他进程的连接池就会得到充分利用，这样，Nginx就控制了多进程间连接的平衡。
为什么多个Worker进程能够同时接受上万个请求呢？
传统Web服务器，每个消费者独占一个线程，当并发量规模到十万及以上时，由于线程数目过多，会频繁消耗CPU资源，而当线程堵塞时，会挂载或睡眠，严重消耗服务器的资源，久而久之会到达服务器瓶颈。
Nginx服务器采用无阻塞事件驱动模型，它不会为每个消费事件创建一个进程或线程，不会由于进程间频繁切换占用CPU而产生瓶颈。Nginx将一个请求分为多个阶段来异步处理，每个阶段只处理请求的一部分，当请求的这部分发生阻塞，Nginx将不会等待，继续处理其他请求的某部分内容，当该阶段任务完成后再进入下一阶段。